在實驗探究過程中培養學生控制變量的思想意識*

吳茂江

（寧夏師范學院化學與化學工程學院 寧夏 固原 756099）

控制變量是科學研究中的重要思想方法，也是實驗探究中常用的一種常用方法。新課程理念要求學生在化學實驗探究中必須學會“提出問題、猜想假設、設計方案、實施實驗、收集數據、得出結論、交流表達、實驗評估”［1］，其中設計實驗方案和實驗操作是培養學生控制變量思想意識的重要環節。教師在教學中首先要掌握實驗探究的這些要素， 充分挖掘和利用教材資源，逐步向學生滲透控制變量的研究思想，使學生掌握這種研究方法。

一、認識控制變量法

控制變量法就是控制實驗條件的方法，即把多因素的問題變成多個單因素的問題，每一次只改變其中的某一個因素，控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對實驗結果的影響，然后分別研究其他因素，最后綜合解決實驗中存在的問題。它是科學探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中［2］。在具體的實驗探究過程中，影響實驗結果的因素很多，要研究某種因素對實驗探究結果的影響， 確保其他因素不會對其過程造成干擾，我們就要有針對性地選擇一種變化因素，控制其他的因素不變，得出唯一的結果。其基本思路是：假設某個探究的實驗對象可能受到A、B、C、D、E 等因素的影響， 為了探究其中A 因素是否會對實驗對象造成影響，以及可能產生怎樣的影響，可以控制除A 以外的B、C、D、E 等因素，使之保持恒定，然后僅改變因素A一個量，通過對比在A 的不同情況下（如A1、A2……），觀察實驗對象的變化情況。如果存在變化，則說明A因素有影響，而且可以通過具體的變化情況判斷出A因素影響的實際效果，由此完成實驗對象中對A 因素的探究。對其他B、C、D、E 等因素的探究則依此類推。

二、學會探究實驗的設計

下面以“電解水實驗探究”為例，談談如何在實驗探究過程中培養學生控制變量的思想意識。

1．培養目標

（1）讓學生在實驗探究過程中學會尋找影響化學實驗現象的各種因素；學會利用控制變量確定研究因素及探究方法；培養發散思維、分析問題、歸納總結、交流表達的能力。

（2）在問題探究中，學會運用控制變量法分析問題的思路和解決化學問題的方法。

2．確定變量

運用控制變量法，首先需要明確探究的對象（因變量）和可能的影響因素（自變量）這兩個要件。確立探究對象相對容易，往往比較直接，一般就在探究的課題之中。但確立可能影響探究對象的因素就較有難度，這也是運用控制變量法進行探究的關鍵所在。對于這個要件， 我們可以在學生已有知識或經驗的基礎上設疑來引起思考，而后提出可能對探究對象產生影響的因素。

在電解水最佳條件的實驗探究中，探究對象（因變量）是生成氫氣和氧氣的體積比（最佳是2：1），最主要的影響因素（自變量）有電極類型、水中所加電解質種類及濃度、直流電壓的大小等。

3．用品準備

（1）電極：鐵絲、銅絲、不銹鋼注射針頭、電爐絲、鎳鉻片、鉑絲。

（2）所加電解質：不同濃度的氫氧化鈉溶液和硫酸溶液。

（3）電源：可調式穩壓電源。

4．方案設計

組織學生討論，并根據已有知識設計出控制變量的可行性實驗探究方案。

（1）控制電解質及濃度（選擇濃度為2M 的硫酸溶液， 濃度為10%的氫氧化鈉溶液）、電源電壓 （選擇12V），探究不同材料的電極對研究對象的影響。

表1

（2）控制電極材料（選擇鉑電極）、電源電壓（選擇12V），探究不同電解質及濃度對研究對象的影響。

表2

（3）控制電解質及濃度（選擇濃度為2M 的硫酸溶液，濃度為10%的氫氧化鈉溶液）、電極（選擇鉑電極），探究不同電壓對研究對象的影響。

5．實施方案

根據討論形成的實驗方案，組織學生分組完成探究實驗。在探究過程中認真觀察記錄每一項探究實驗的現象和獲得的數據信息，整理實驗數據并分析總結得出實驗探究的最佳結論。

三、反思探究過程的收獲

控制變量法，是一種歸納推理過程，其運用分類、對比差異的方法，從現象中找到結果。把那些與被研究的現象不能同步出現（或消失或變化）的候選原因或候選結果排除，把唯一留下的那個現象或因素看成被研究現象的原因或結果［3］。依據實驗提供充分的證據，得出相應的科學結論。只有在實驗探究過程中，才能有效地培養學生的控制變量的思想意識；才能使學生在實踐中豐富經驗、開闊視野、活化知識；才能使學生通過自己分析討論，尋找探究過程中的自變量和因變量；才能通過設計控制變量的實驗探究方案，親自體驗探究過程，逐步理解運用控制變量的方法改進或創新實驗，建立具有控制實驗條件的思想意識。

表3

［1］中華人民共和國教育部．普通高中化學課程標準 （實驗）［M］．北京：人民教育出版社，2003：34

［2］張秀球．“控制變量法” 與高考化學試題命制 ［J］．中國考試，2013，9：48－56

［3］陳曉平．貝葉斯方法與科學合理性［M］．北京：人民出版社，2010：41－49